3 nV/√Hz、低功耗仪表放大器 AD8421 产品特性 医疗仪器 精密数据采集系统 麦克风前置放大器 振动分析 多路复用输入应用 ADC驱动器 AD8421 1 8 +VS RG 2 7 VOUT RG 3 6 REF +IN 4 5 –VS 10123-001 –IN TOP VIEW (Not to Scale) 图1. 10µ G = 100 BEST AVAILABLE 7mA LOW NOISE IN-AMP 1µ 100n BEST AVAILABLE 1mA LOW POWER IN-AMP 10n AD8421 RS NOISE ONLY 1n 100 1k 10k 100k 1M SOURCE RESISTANCE, RS (Ω) 10123-078 应用 引脚接线图 TOTAL NOISE DENSITY AT 1kHz (V/√Hz) 低功耗 最大电源电流2.3 mA 低噪声 1 kHz时最大输入电压噪声为3.2 nV/√Hz 1 kHz时的电流噪声为200 fA/√Hz 出色的交流特性 带宽：10 MHz (G = 1) 带宽：2 MHz (G = 100) 0.001%建立时间：0.6 μs (G = 10) CMRR：80 dB(20 kHz，G = 1) 压摆率：35 V/μs 高精度直流性能(AD8421BRZ) CMRR：94 dB(最小值，G = 1) 输入失调电压漂移：0.2 µV/°C(最大值) 最大增益漂移：1 ppm/°C (G = 1) 输入偏置电流：500 pA(最大值) 输入过压保护可超过反向电源40V ±2.5 V至±18 V双电源供电(5 V至36 V单电源供电) 增益通过单个电阻设置(G = 1至10,000) 图2. 噪声密度与源阻抗的关系 概述 AD8421是一款低成本、低功耗、极低噪声、超低偏置电流 AD8421提供3 nV/√Hz输入电压噪声和200 fA/√Hz电流噪声 的高速仪表放大器，特别适合各种信号调理和数据采集应 性能，且静态电流仅为2 mA，非常适合用于测量低电平信 用。这款产品具有极高的共模抑制比(CMRR)，可以在宽 号。针对具有较大源阻抗的应用，AD8421采用创新的工艺 温度范围内提取淹没在高频共模噪声中的低电平信号。 技术和设计技巧，提供仅受传感器限制的噪声性能。 AD8421的带宽为10 MHz，压摆率为35 V/µs，0.001% (G = 10) AD8421采用独特的保护方法，能在保持极低噪声的情况下 建立时间为0.6 µs，能够放大高速信号且在需要高通道数多 保证鲁棒的输入。借助这种保护功能，即使输入电压与相 路复用系统的应用中表现出众。即便在高增益的情况下， 反供电轨的差值达到40 V，也不会造成损坏。 电流反馈架构也能保证高性能。例如，当G = 100时，带宽 通过一个电阻可将增益设置为1至10,000。基准引脚可用来 为2 MHz，建立时间为0.8 µs。AD8421有出色的失真性能， 向输出电压施加精确失调。 适合振动分析等要求苛刻的应用。 AD8421的额定工作温度范围为−40°C至+85°C，可在高达 125°C时保证典型性能曲线，提供8引脚MSOP和SOIC两种 封装。 Rev. 0 Information furnished by Analog Devices is believed to be accurate and reliable. However, no responsibility is assumed by Analog Devices for its use, nor for any infringements of patents or other rights of third parties that may result from its use. Specifications subject to change without notice. No license is granted by implication or otherwise under any patent or patent rights of Analog Devices. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. One Technology Way, P.O. Box 9106, Norwood, MA 02062-9106, U.S.A. Tel: 781.329.4700 www.analog.com Fax: 781.461.3113 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. ADI中文版数据手册是英文版数据手册的译文，敬请谅解翻译中可能存在的语言组织或翻译错误，ADI不对翻译中存在的差异或由此产生的错误负责。如需确认任何词语的准确性，请参考ADI提供 的最新英文版数据手册。 AD8421 目录 产品特性 .............................................................................................1 增益选择......................................................................................20 应用......................................................................................................1 基准引脚......................................................................................21 引脚接线图.........................................................................................1 输入电压范围 .............................................................................21 概述......................................................................................................1 布局 ..............................................................................................21 修订历史 .............................................................................................2 输入偏置电流回路 ....................................................................22 技术规格 .............................................................................................3 输入电压超出供电轨................................................................22 AR级和BR级 .................................................................................3 射频干扰......................................................................................23 ARM级和BRM级 .........................................................................5 输入级噪声计算.........................................................................23 绝对最大额定值................................................................................8 应用信息 ...........................................................................................25 热阻 ................................................................................................8 差分输出配置 .............................................................................25 ESD警告.........................................................................................8 驱动ADC .....................................................................................26 引脚配置和功能描述 .......................................................................9 外形尺寸 ...........................................................................................27 典型性能参数 ..................................................................................10 订购指南......................................................................................27 工作原理 ...........................................................................................20 架构 ..............................................................................................20 修订历史 2012年5月—修订版0：初始版 Rev. 0 | Page 2 of 28 AD8421 技术规格 除非另有说明，VS = ±15 V，VREF = 0 V，TA = 25°C，G = 1，RL = 2 kΩ。 AR级和BR级 表1. 参数 共模抑制比 (CMRR) DC至60 Hz的CMRR， 1 kΩ非均衡信号源 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 全温度范围，G = 1 20 kHz时的CMRR G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 噪声 电压噪声，1 kHz1 输入电压噪声，eni 输出电压噪声，eno 峰峰值，RTI G=1 G = 10 G = 100至1000 电流噪声 谱密度 峰峰值，RTI 失调电压2 输入失调电压，VOSI 全温度范围 平均温度系数(TC) 输出失调电压，VOSO 全温度范围 平均温度系数(TC) 折合到输入端的失调与 电源的关系(PSR) G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 输入电流 输入偏置电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 输入失调电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 测试条件/ 注释 最小值 AR级 典型值 最大值 最小值 BR级 典型值 最大值 单位 VCM = −10 V至+10 V T = −40°C至+85°C VCM = −10 V至+10 V 86 106 126 136 80 94 114 134 140 93 dB dB dB dB dB 80 90 100 110 80 100 110 120 dB dB dB dB VIN+, VIN− = 0 V 3 3.2 60 3 3.2 60 nV/√Hz nV/√Hz 2 0.5 0.07 2 0.5 0.07 2.2 µV p-p µV p-p µV p-p 200 18 200 18 f = 0.1 Hz至10 Hz f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz VS = ±5 V至±15 V TA = −40°C至+85°C 60 86 0.4 350 0.66 6 TA = −40°C至+85°C 0.09 fA/√Hz pA p-p 25 45 0.2 250 0.45 5 µV µV µV/°C µV mV µV/°C VS = ±2.5 V至±18 V 90 110 124 130 120 120 130 140 1 TA = −40°C至+85°C 50 0.5 TA = −40°C至+85°C 1 Rev. 0 | Page 3 of 28 100 120 140 140 2 8 2 2.2 120 140 150 150 0.1 50 0.1 1 dB dB dB dB 0.5 6 0.5 0.8 nA nA pA/°C nA nA pA/°C AD8421 参数 动态响应 小信号带宽 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 0.01%建立时间 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 0.001%建立时间 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 压摆率 G = 1 to 100 增益3 增益范围 增益误差 G=1 G = 10至1000 增益非线性度 G=1 G = 10至1000 增益与温度3 G=1 G>1 输入 输入阻抗 差模 共模 输入工作电压范围4 全温度范围 输出 输出摆幅 全温度范围 短路电流 基准输入 RIN IIN 电压范围 输出基准增益 测试条件/ 注释 最小值 AR级 典型值 最大值 最小值 BR级 典型值 最大值 单位 −3 dB 10 10 2 0.2 10 10 2 0.2 MHz MHz MHz MHz 0.7 0.4 0.6 5 0.7 0.4 0.6 5 µs µs µs µs 1 0.6 0.8 6 1 0.6 0.8 6 µs µs µs µs 35 35 V/µs 10 V阶跃 10 V阶跃 G = 1 + (9.9 kΩ/RG) 1 10,000 1 10,000 V/V 0.01 0.1 % % 1 3 50 10 ppm ppm ppm ppm 1 −50 ppm/°C ppm/°C GΩ||pF GΩ||pF V V V VOUT = ±10 V 0.02 0.2 VOUT = −10 V至+10 V RL ≥ 2 kΩ RL = 600 Ω RL ≥ 600 Ω VOUT = −5 V至+5 V 1 30 5 1 3 50 10 1 30 5 5 −50 0.1 30||3 30||3 VS = ±2.5 V至±18 V TA = −40°C TA = +85°C RL = 2 kΩ VS = ±2.5 V至±18 V TA = −40°C至+85°C 30||3 30||3 −VS + 2.3 −VS + 2.5 −VS + 2.1 +VS − 1.8 +VS − 2.0 +VS − 1.8 −VS + 2.3 −VS + 2.5 −VS + 2.1 +VS − 1.8 +VS − 2.0 +VS − 1.8 −VS + 1.2 −VS + 1.2 +Vs − 1.6 +Vs − 1.6 −VS + 1.2 −VS + 1.2 +VS − 1.6 +VS − 1.6 65 20 20 VIN+, VIN− = 0 V −VS 1± 0.0001 Rev. 0 | Page 4 of 28 65 24 +VS 20 20 −VS 1± 0.0001 24 +VS V V mA kΩ µA V V/V AD8421 参数 电源 工作范围 静态电流 全温度范围 温度范围 额定性能 工作温度5 测试条件/ 注释 最小值 双电源 单电源 ±2.5 5 AR级 典型值 2 TA = −40°C至+85°C −40 −40 最大值 最小值 ±18 36 2.3 2.6 ±2.5 5 +85 +125 −40 −40 BR级 典型值 2 最大值 单位 ±18 36 2.3 2.6 V V mA mA +85 +125 °C °C 总电压噪声= √(eni2 + (eno/G)2 + eRG2)更多信息请参见工作原理部分。 折合到输入端(RTI)总失调电压VOS = (VOSI) + (VOSO/G)。 3 技术规格中不包含外部增益设置电阻RG的公差G > 1时，在该表技术规格中添加RG 误差项。 4 仅为AD8421输入级的输入电压范围。输入范围取决于共模电压、差分电压、增益和基准电压。详情见输入电压范围部分。 5 关于85°C至125°C范围内的工作特性，请参见典型性能参数部分。 1 2 ARM级和BRM级 表2. 参数 共模抑制比 (CMRR) DC至60 Hz的CMRR， 1 kΩ非均衡信号源 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 全温度范围，G = 1 20 kHz时的CMRR G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 噪声 电压噪声，1 kHz1 输入电压噪声，eni 输出电压噪声，eno 峰峰值，RTI G=1 G = 10 G = 100至1000 电流噪声 谱密度 峰峰值，RTI 失调电压2 输入失调电压，VOSI 全温度范围 平均温度系数(TC) 输出失调电压，VOSO 全温度范围 平均温度系数(TC) 测试条件/ 注释 最小值 ARM级 典型值 最大值 最小值 BRM级 典型值 最大值 单位 VCM = −10 V至+10 V TA = −40°C至+85°C VCM = −10 V至+10 V 84 104 124 134 80 92 112 132 140 90 dB dB dB dB dB 80 90 100 100 80 90 100 100 dB dB dB dB VIN+, VIN− = 0 V 3 3.2 60 3 3.2 60 nV/√Hz nV/√Hz 2 0.5 0.07 2 0.5 0.07 2.2 µV p-p µV p-p µV p-p 200 18 200 18 f = 0.1 Hz至10 Hz f = 1 kHz f = 0.1 Hz至10 Hz VS = ±5 V至±15 V TA = −40°C至+85°C 70 135 0.9 600 1 9 TA = −40°C至+85°C Rev. 0 | Page 5 of 28 0.09 fA/√Hz pA峰峰值 50 135 0.9 400 1 9 µV µV µV/°C µV mV µV/°C AD8421 测试条件/ 注释 参数 折合到输入端的失调与 电源的关系(PSR) G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 输入电流 输入偏置电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 输入失调电流 全温度范围 平均温度系数(TC) 动态响应 小信号带宽 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 0.01%建立时间 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 0.001%建立时间 G=1 G = 10 G = 100 G = 1000 压摆率 G = 1至100 增益3 增益范围 增益误差 G=1 G = 10至1000 增益非线性度 G=1 G = 10至1000 增益与温度3 G=1 G>1 输入 输入阻抗 差模 共模 输入工作电压 范围4 全温度范围 最小值 ARM级 典型值 90 110 124 130 120 120 130 140 最大值 最小值 BRM级 典型值 100 120 140 140 120 140 150 150 最大值 单位 VS = ±2.5 V至±18 V 1 1 1 nA nA pA/°C nA nA pA/°C 10 10 2 0.2 10 10 2 0.2 MHz MHz MHz MHz 0.7 0.4 0.6 5 0.7 0.4 0.6 5 µs µs µs µs 1 0.6 0.8 6 1 0.6 0.8 6 µs µs µs µs 35 35 V/µs TA = −40°C至+85°C 50 0.5 TA = −40°C至+85°C 2 8 0.1 dB dB dB dB 50 0.1 2 3 1 6 1 1.5 −3 dB 10 V阶跃 10 V阶跃 G = 1 + (9.9 kΩ/RG) 1 10,000 1 10,000 V/V 0.02 0.2 % % 1 3 50 10 ppm ppm ppm ppm 1 −50 ppm/°C ppm/°C VOUT = ±10 V 0.05 0.3 VOUT = −10 V至+10 V RL ≥ 2 kΩ RL = 600 Ω RL ≥ 600 Ω VOUT = −5 V至+5 V 1 30 5 1 3 50 10 1 30 5 5 −50 0.1 30||3 30||3 VS = ±2.5 V至±18 V −VS + 2.3 +VS − 1.8 −VS + 2.3 +VS − 1.8 GΩ||pF GΩ||pF V TA = −40°C TA = +85°C −VS + 2.5 −VS + 2.1 +VS − 2.0 +VS − 1.8 −VS + 2.5 −VS + 2.1 +VS − 2.0 +VS − 1.8 V V Rev. 0 | Page 6 of 28 30||3 30||3 AD8421 参数 输出 输出摆幅 全温度范围 短路电流 基准输入 RIN IIN 电压范围 输出基准增益 电源 工作范围 静态电流 全温度范围 温度范围 额定性能 工作温度 5 测试条件/ 注释 最小值 RL = 2 kΩ VS = ±2.5 V至±18 V TA = −40°C至+85°C −VS + 1.2 −VS + 1.2 ARM级 典型值 最大值 最小值 +VS − 1.6 +VS − 1.6 −VS + 1.2 −VS + 1.2 65 20 20 VIN+, VIN− = 0 V −VS ±2.5 5 2 TA = −40°C至+85°C −40 −40 24 +VS 20 20 −VS 2 Rev. 0 | Page 7 of 28 单位 +Vs − 1.6 +Vs − 1.6 V V mA 24 +VS kΩ µA V V/V ±18 36 2.3 2.6 V V mA mA +85 +125 °C °C 1± 0.0001 ±18 36 2.3 2.6 ±2.5 5 +85 +125 −40 −40 2 总电压噪声= √(eni2 + (eno/G)2 + eRG2)更多信息请参见工作原理部分。 折合到输入端(RTI)总失调电压VOS = (VOSI) + (VOSO/G)。 3 技术规格中不包含外部增益设置电阻RG的公差G > 1时，在该表技术规格中添加RG 误差项。 4 仅为AD8421输入级的输入电压范围。输入范围取决于共模电压、差分电压、增益和基准电压。详情见“输入电压范围”部分。 5 关于85°C至125°C范围内的工作特性，请参见典型性能参数部分。 1 最大值 65 1± 0.0001 双电源 单电源 BRM级 典型值 AD8421 绝对最大额定值 热阻 表3. 参数 电源电压 输出短路电流持续时间 −IN或+IN的最大电压1 −IN或+IN的最小电压 REF最大电压2 REF最小电压 存储温度范围 工作温度范围 最高结温 ESD 人体模型 充电器件模型 机器放电模型 θJA针对空气中使用4层JEDEC电路板(PCB)的器件而规定。 额定值 ±18 V 不定 −VS + 40 V +VS − 40 V +VS + 0.3 V −VS − 0.3 V −65°C至+150°C −40°C至+125°C 150°C 表4. 封装 8引脚 SOIC 8引脚 MSOP θJA 107.8 138.6 单位 °C/W °C/W ESD警告 ESD(静电放电)敏感器件。 带电器件和电路板可能会在没有察觉的情况下放 电。尽管本产品具有专利或专有保护电路，但在遇 到高能量ESD时，器件可能会损坏。因此，应当采 取适当的ESD防范措施，以避免器件性能下降或功 能丧失。 2 kV 1.25 kV 0.2 kV 1 电压超出此限值范围时，请使用输入保护电阻。更多信息请参见工作 原理部分。 2 基准电压输入至每个电源都有ESD保护二极管，因此针对REF，无法像 针对+IN和−IN那样将其驱动至超过电源。详情见“基准引脚”部分。 注意，超出上述绝对最大额定值可能会导致器件永久性损 坏。这只是额定最值，不表示在这些条件下或者在任何其 它超出本技术规范操作章节中所示规格的条件下，器件能 够正常工作。长期在绝对最大额定值条件下工作会影响器 件的可靠性。 Rev. 0 | Page 8 of 28 AD8421 –IN 1 RG AD8421 8 +VS 2 7 VOUT RG 3 6 REF +IN 4 5 –VS TOP VIEW (Not to Scale) 10123-002 引脚配置和功能描述 图3. 引脚配置 表5. 引脚功能描述 引脚编号 1 2, 3 4 5 6 7 8 名称 −IN RG +IN −VS REF VOUT +VS 描述 负输入引脚。 增益设置引脚。在RG引脚上放置电阻来设定增益。G = 1 + (9.9 kΩ/RG)。 正输入引脚。 负电源引脚。 基准电压引脚。使用低阻抗电压源驱动该引脚，实现输出电平转换。 输出引脚。 正电源引脚。 Rev. 0 | Page 9 of 28 AD8421 典型性能参数 除非另有说明，TA = 25°C，VS = ±15 V，VREF = 0 V，RL = 2 kΩ。 600 600 500 500 300 300 200 200 100 100 –40 –20 0 20 40 60 INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) 0 –400 –300 0 100 200 300 400 1.5 2.0 90 120 图7. 输出失调电压的典型分布图 1800 1200 1500 1000 1200 800 UNITS UNITS –100 OUTPUT OFFSET VOLTAGE (µV) 图4. 输入失调电压的典型分布图 900 600 600 400 300 200 –1.5 –1.0 –0.5 0 0.5 1.0 1.5 2.0 INPUT BIAS CURRENT (nA) 0 –2.0 10123-004 0 –2.0 –200 –1.5 –1.0 –0.5 0 0.5 1.0 INPUT OFFSET CURRENT (nA) 10123-007 0 –60 10123-006 UNITS 400 10123-003 UNITS 400 图8. 输入失调电流的典型分布图 图5. 输入偏置电流的典型分布图 1600 1400 1400 1200 1200 1000 UNITS 600 400 200 200 –15 –10 –5 0 5 10 PSRR (µV/V) 15 20 0 –120 –90 –60 –30 0 30 60 CMRR (µV/V) 图9. CMRR的典型分布图(G = 1) 图6. PSRR的典型分布图(G = 1) Rev. 0 | Page 10 of 28 10123-008 0 –20 800 600 400 10123-005 UNITS 1000 800 AD8421 4 15 G=1 G = 100 VS = ±15V 3 COMMON-MODE VOLTAGE (V) VS = ±12V 5 0 –5 –10 VS = ±5V 2 1 VS = ±2.5V 0 –1 –10 –5 0 5 10 –3 –4 10123-009 –15 –15 15 OUTPUT VOLTAGE (V) 40 VS = ±5V 3 4 2 20 2 INPUT CURRENT (mA) VS = ±2.5V 1 0 –1 10 0 –10 –20 –3 –4 –3 –2 –1 0 3 10123-010 –30 4 2 OUTPUT VOLTAGE (V) –40 –35 –30 –25 –20 –15 –10 –5 1 15 30 VS = ±15V 10 10 15 20 25 30 35 40 VS = ±15V G=1 20 INPUT CURRENT (mA) VS = ±12V 5 0 –5 10 0 –10 –20 –10 –5 0 5 10 OUTPUT VOLTAGE (V) 15 10123-011 –10 –15 –15 5 图14. 输入过压性能，G = 1，+VS = 5 V，−VS = 0 V 图11. 输入共模电压与输出电压的关系； VS = ±2.5 V和±5 V (G = 1) G = 100 0 INPUT VOLTAGE (V) 10123-013 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 0 VS = 5V G=1 30 –2 COMMON-MODE VOLTAGE (V) –1 图13. 输入共模电压与输出电压的关系； VS = ±2.5 V和±5 V (G = 100) 4 3 –2 OUTPUT VOLTAGE (V) 图10. 输入共模电压与输出电压的关系； VS = ±12 V和±15 V (G = 1) G=1 –3 10123-012 –2 –30 –25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 INPUT VOLTAGE (V) 图15. 输入过压性能；G = 1，VS = ±15 V 图12. 输入共模电压与输出电压的关系； VS = ±12 V和±15 V (G = 100) Rev. 0 | Page 11 of 28 20 25 10123-014 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 10 1 AD8421 30 160 VS = 5V G = 100 GAIN = 1000 140 GAIN = 100 POSITIVE PSRR (dB) 120 GAIN = 10 10 0 –10 100 GAIN = 1 80 60 –20 40 –30 20 –40 –35 –30 –25 –20 –15 –10 –5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 INPUT VOLTAGE (V) 0 0.1 10123-015 INPUT CURRENT (mA) 20 1 10 图16. 输入过压性能；+VS = 5 V，−VS = 0 V，G = 100 30 10k 100k 1M 100k 1M 图19. 正PSRR与频率的关系 160 VS = ±15V G = 100 GAIN = 1000 140 GAIN = 100 20 GAIN = 10 NEGATIVE PSRR (dB) 120 INPUT CURRENT (mA) 100 1k FREQUENCY (Hz) 10123-018 40 10 0 –10 GAIN = 1 100 80 60 40 –20 –10 –5 0 5 10 15 20 25 INPUT VOLTAGE (V) 0 0.1 1 10 70 2.0 60 1.5 50 1.0 40 0.5 30 GAIN (dB) 2.5 0 –0.5 20 0 –1.5 –10 –2.0 –20 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 COMMON-MODE VOLTAGE (V) 12 14 图18. 输入偏置电流与共模电压的关系 GAIN = 1000 GAIN = 100 GAIN = 10 10 –1.0 –2.5 –12 –10 –8 10k 图20. 负PSRR与频率的关系 10123-017 BIAS CURRENT (nA) 图17. 输入过压性能；VS = ±15 V，G = 100 100 1k FREQUENCY (Hz) 10123-019 –15 GAIN = 1 –30 100 1k 10k 100k 1M FREQUENCY (Hz) 图21. 增益与频率的关系 Rev. 0 | Page 12 of 28 10M 10123-020 –20 10123-016 –30 –25 20 AD8421 160 REPRESENTATIVE SAMPLES GAIN = 100 140 4 BIAS CURRENT (nA) GAIN = 10 120 GAIN = 1 100 80 60 2 0 –2 –4 –6 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) –8 –40 10123-021 40 0.1 –25 5 20 35 50 65 80 95 110 125 110 125 110 125 TEMPERATURE (°C) 图22. CMRR与频率的关系 图25. 输入偏置电流与温度的关系 100 160 GAIN = 1000 80 140 GAIN ERROR (µV/V) 120 GAIN = 10 100 REPRESENTATIVE SAMPLES GAIN = 1 60 GAIN = 100 CMRR (dB) –10 10123-024 CMRR (dB) 6 GAIN = 1000 GAIN = 1 80 40 20 0 –20 –40 60 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) –80 –40 10123-022 40 0.1 –25 –10 20 35 50 65 80 95 TEMPERATURE (°C) 图23. CMRR与频率的关系，1 kΩ非均衡信号源 图26. 增益与温度的关系(G = 1) 2.0 15 REPRESENTATIVE SAMPLES GAIN = 1 10 1.5 5 CMRR (µV/V) 1.0 0.5 0 –5 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 WARM-UP TIME (Seconds) 50 –15 –40 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 TEMPERATURE (°C) 图27. CMRR与温度的关系(G = 1) 图24. 输入失调电压(VOSI )变化与预备时间的关系 Rev. 0 | Page 13 of 28 10123-074 –0.5 –10 10123-023 CHANGE IN INPUT OFFSET VOLTAGE (µV) 5 10123-025 –60 AD8421 40 3.0 –SR 35 VS = ±15V 30 2.0 SLEW RATE (V/µs) VS = ±5V 1.5 1.0 +SR 25 20 15 10 0.5 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) 0 –40 35 50 65 80 95 110 125 –0.5 20 0 –20 –40 –60 –80 ISHORT– –100 –25 –10 5 20 35 –1.0 –1.5 –2.0 –2.5 +2.5 +2.0 +1.5 –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C +1.0 +0.5 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) –VS 2 4 6 8 10 12 14 16 18 10123-030 INPUT VOLTAGE (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES ISHORT+ 40 10123-027 SHORT-CIRCUIT CURRENT (mA) 20 +VS 80 20 SUPPLY VOLTAGE (±VS) 图29. 短路电流与温度的关系(G = 1) 图32. 输入电压限制与电源电压的关系 +VS 40 OUTPUT VOLTAGE (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES –0.5 –SR 30 +SR 25 20 15 10 5 –1.0 –1.5 –2.0 –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C –2.5 +2.5 +2.0 +1.5 +1.0 +0.5 0 –40 –25 –10 5 20 35 50 65 80 95 110 125 TEMPERATURE (°C) 10123-028 SLEW RATE (V/µs) 5 图31. 压摆率与温度的关系，VS = ±5 V (G = 1) 60 35 –10 TEMPERATURE (°C) 图28. 电源电流与温度的关系(G = 1) –120 –40 –25 10123-029 –25 10123-026 0 –40 5 10123-031 SUPPLY CURRENT (mA) 2.5 –VS 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 SUPPLY VOLTAGE (±VS) 图33. 输出电压摆幅与电源电压的关系，RL = 10 kΩ 图30. 压摆率与温度的关系，VS = ±15 V (G = 1) Rev. 0 | Page 14 of 28 +VS 5 –0.5 4 –1.0 –2.0 –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C –2.5 +2.5 +2.0 +1.5 2 1 0 –1 –2 –3 RL = 2kΩ RL = 10kΩ –4 +0.5 2 4 6 8 10 12 14 18 16 20 SUPPLY VOLTAGE (±VS) –5 –10 10123-032 0 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 图34. 输出电压摆幅与电源电压的关系，RL = 600 Ω 10 图37. 增益非线性度(G = 1，RL = 10 kΩ、2 kΩ) 5 15 GAIN = 1 4 10 3 NONLINEARITY (ppm) OUTPUT VOLTAGE SWING (V) 8 OUTPUT VOLTAGE (V) 10123-035 +1.0 –VS GAIN = 1 3 –1.5 NONLINEARITY (ppm) OUTPUT VOLTAGE (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES AD8421 5 –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C 0 –5 2 1 RL = 600Ω 0 –1 –2 –3 –10 10k 100k LOAD (Ω) –5 –10 –2 80 –4 60 NONLINEARITY (ppm) –6 –40°C +25°C +85°C +105°C +125°C +6 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 OUTPUT CURRENT (A) 4 6 8 10 0.10 RL = 600Ω –20 –40 –80 0.02 2 0 –60 0.01 0 GAIN = 1000 20 +2 0 –2 40 +4 10123-034 OUTPUT VOLTAGE SWING (V) REFERRED TO SUPPLY VOLTAGES 100 –VS –4 图38. 增益非线性度(G = 1，RL = 600 Ω) +VS +8 –6 OUTPUT VOLTAGE (V) 图35. 输出电压摆幅与负载阻抗的关系 –8 –8 –100 –10 –8 –6 –4 –2 0 2 4 6 8 10 OUTPUT VOLTAGE (V) 图39. 增益非线性度(G = 1000，RL = 600 Ω，VOUT = ±10 V) 图36. 输出电压摆幅与输出电流的关系 Rev. 0 | Page 15 of 28 10123-072 1k 10123-033 –15 100 10123-036 –4 AD8421 100 10k GAIN = 1000 80 CURRENT NOISE (fA/√Hz) NONLINEARITY (ppm) 60 40 20 RL = 600Ω 0 –20 –40 1k 100 –60 –4 –3 –2 –1 0 1 2 3 4 5 OUTPUT VOLTAGE (V) 10 0.1 10123-073 –100 –5 1 10 100 1k 10k 10123-039 –80 100k FREQUENCY (Hz) 图40. 增益非线性度（G = 1000，RL = 600 Ω，VOUT = ±5 V） 图43. 电流噪声谱密度与频率的关系 100 GAIN = 1 GAIN = 10 10 1 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 1s/DIV 10123-037 5pA/DIV 图41. RTI电压噪声谱密度与频率的关系 图44. 0.1 Hz至10 Hz电流噪声 30 G = 1000, 40nV/DIV 25 OUTPUT VOLTAGE (V p-p) G = 1, 1µV/DIV 20 15 10 5 1s/DIV 0 10 100 1k 10k 100k FREQUENCY (Hz) 图42. 0.1 Hz至10 Hz RTI电压噪声(G = 1, G = 1000) 图45. 大信号频率响应 Rev. 0 | Page 16 of 28 1M 10M 10123-045 1 10123-040 GAIN = 100 GAIN = 1000 10123-038 VOLTAGE NOISE SPECTRAL DENSITY (nV/√Hz) 1k AD8421 5V/DIV 5V/DIV 720ns TO 0.01% 1.12µs TO 0.001% 3.8µs TO 0.01% 5.76µs TO 0.001% 1µs/DIV 4µs/DIV 图46. 大信号脉冲响应与建立时间的关系(G = 1， 10 V阶跃，VS = ±15 V，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF) 10123-044 0.002%/DIV 10123-041 0.002%/DIV 图49. 大信号脉冲响应与建立时间的关系(G = 1000， 10 V阶跃，VS = ±15 V，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF) 2500 SETTLING TIME (ns) 2000 420ns TO 0.01% 604ns TO 0.001% 0.002%/DIV 1500 SETTLED TO 0.001% 1000 SETTLED TO 0.01% 1µs/DIV 10123-042 500 GAIN = 1 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 STEP SIZE (V) 图50. 建立时间与阶跃大小的关系(G = 1，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF) 图47. 大信号脉冲响应与建立时间的关系(G = 10， 10 V阶跃，VS = ±15 V，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF) GAIN = 1 5V/DIV 704ns TO 0.01% 764ns TO 0.001% 50mV/DIV 1µs/DIV 10123-046 10123-043 0.002%/DIV 1µs/DIV 10123-054 5V/DIV 图51. 小信号脉冲响应(G = 1，RL = 600 Ω，CL = 100 pF) 图48. 大信号脉冲响应与建立时间的关系(G = 100， 10 V阶跃，VS = ±15 V，RL = 2 kΩ，CL = 100 pF) Rev. 0 | Page 17 of 28 AD8421 1µs/DIV 10123-047 50mV/DIV 20pF 50pF NO LOAD 100pF G=1 50mV/DIV 图52. 小信号脉冲响应(G = 10，RL = 600 Ω，CL = 100 pF) 1µs/DIV 10123-053 GAIN = 10 图55. 各种容性负载条件下的小信号响应(G = 1， RL = ∞) –40 GAIN = 100 –50 RL ≥600Ω VOUT = 10V p-p –60 AMPLITUDE (dBc) –70 –80 –90 –100 –110 –120 1µs/DIV –140 –150 10 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 10123-055 20mV/DIV 10123-048 –130 图56. 二次谐波失真与频率的关系(G = 1) 图53. 小信号脉冲响应(G = 100，RL = 600 Ω，CL = 100 pF) –40 GAIN = 1000 –50 –60 NO LOAD RL = 2kΩ RL = 600Ω VOUT = 10V p-p AMPLITUDE (dBc) –70 –80 –90 –100 –110 –120 2µs/DIV –140 –150 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 图57. 三次谐波失真与频率的关系(G = 1) 图54. 小信号脉冲响应(G = 1000，RL = 600 Ω，CL = 100 pF) Rev. 0 | Page 18 of 28 10k 10123-056 20mV/DIV 10123-049 –130 AD8421 –50 NO LOAD RL = 2kΩ RL = 600Ω –20 VOUT = 10V p-p –30 –40 –70 –80 –90 –70 –80 –90 –100 100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 10123-075 –130 –120 10 图58. 二次谐波失真与频率的关系(G = 1000) VOUT = 10V p-p RL ≥600Ω –60 –70 –80 –90 –100 1k 10k FREQUENCY (Hz) 10123-076 –110 100 –140 10 100 1k FREQUENCY (Hz) 图60. THD与频率的关系 –50 AMPLITUDE (dBc) –60 –120 –110 –120 10 VOUT = 10V p-p RL = 2kΩ –110 –100 –40 =1 = 10 = 100 = 1000 –50 AMPLITUDE (dBc) AMPLITUDE (dBc) –60 G G G G 图59. 三次谐波失真与频率的关系(G = 1000) Rev. 0 | Page 19 of 28 10k 10123-077 –40 AD8421 工作原理 +VS I VB I A1 IB COMPENSATION A2 C1 10kΩ +VS C2 10kΩ NODE 1 –IN R1 Q1 4.95kΩ superβ ESD AND OVERVOLTAGE PROTECTION NODE 3 +VS +VS RG +VS 10kΩ R2 4.95kΩ Q2 superβ ESD AND OVERVOLTAGE PROTECTION –VS 10kΩ REF +IN NODE 4 I OUTPUT A3 NODE 2 –VS I –VS DIFFERENCE AMPLIFIER STAGE GAIN STAGE 10123-057 IB COMPENSATION 图61. 简化内部结构框图 架构 用户可以通过一个电阻轻松而精确地设置增益。 AD8421以传统的三运放拓扑结构为基础。这种拓扑由两级 组成：前面一级提供差分放大的前置放大器，其后是一个 消除共模电压的差动放大器。图61显示了AD8421的简化结 构框图。 增益选择 将一个电阻跨接在RG引脚上，即可设置AD8421的增益。 该增益可以参考表6或利用下面增益公式来计算： RG = 就拓扑结构而言，Q1、A1、R1和Q2、A2、R2可视作精密 9 kΩ . 9 G −1 电流反馈放大器。输入晶体管Q1和Q2被偏置在固定的电 不使用增益电阻时，AD8421默认G = 1。为确定系统的总增 流上，从而输入信号可迫使A1和A2的输出电压随之而改 益精度，需要考虑电阻RG的容差和增益漂移。当不使用增 变。施加在输入端上的差分信号被复制到RG两端。流过RG 益电阻时，增益误差和增益漂移最小。 的电流同样也流过R1和R2，在节点1和节点2之间建立增益 放大后的差分电压。 表6. 用1%电阻实现的增益 (CMRR)性能。 1% RG值 10 kΩ 2.49 kΩ 1.1 kΩ 523 Ω 200 Ω 100 Ω 49.9 Ω 20 Ω 10 Ω 4.99 Ω AD8421使用superbeta输入晶体管和偏置电流补偿，提供极 RG功耗 高的输入阻抗、低偏置电流、低失调电流、低电流噪声以 AD8421将输入差分电压复制至RG电阻上。选择合适的电 经过放大的差分和共模信号输入到差动放大器，共模电压 被抑制，而差分电压被保留。该差动放大器采用创新的技 术，可实现极低的输出误差，如失调电压和漂移、不同负 载下的失真以及输出噪声等。激光微调电阻可实现增益误 差小于0.01%以及共模抑制比(CMRR)超过94 dB (G = 1)的高 精度仪表放大器。高性能的引脚排列以及更严谨的设计和 布局使其在宽频率和宽温度范围内都具有高的共模抑制比 及3 nV/√Hz的极低电压噪声。限流和过压保护方案可在所 有增益条件下允许与相反供电轨的差值达到40 V，而不影响 阻RG来达到环境温度下的预期功耗。 噪声性能。 AD8421的传递函数为： VOUT = G × (V+IN − V−IN) + VREF 其中：G = 1 + 9 kΩ . 9 RG Rev. 0 | Page 20 of 28 计算得到的增益值 1.99 4.98 10.00 19.93 50.50 100.0 199.4 496.0 991.0 1985 AD8421 基准引脚 整个频率范围内的共模抑制比 AD8421的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的。当 若布局不当，会导致部分共模信号转换为差分信号，而后 基准引脚接地时，利用共模抑制比(CMRR)的优势可抑制 传送至仪表放大器。各输入路径的频率响应不同时，会进 接地噪声。当将一个电压源与REF引脚相连时，可对输出 行信号转换。要保持整个频率范围内的高共模抑制比，每 进行电平移动，使AD8421可以驱动单电源ADC。REF引脚 一路径的输入源阻抗与电容要严格匹配。输入路径的附加 由ESD二极管保护，该引脚不应超出+VS或–VS的0.3 V以上。 源阻抗(例如，输入保护电阻)需要靠近仪表放大器的输入 为获得最佳性能，REF引脚的源阻抗应保持在1 Ω以下。如 端放置，这样可以使其与PCB走线产生的寄生电容的相互 图61所示，基准引脚REF在10 kΩ电阻的一端。REF引脚附加 作用降到最低。 到这个10 kΩ电阻的阻抗会导致连接到正输入端的信号被放 增益设置引脚(RG)的寄生电容也能影响整个频率范围内的 大。附加RREF的信号放大值可由下式求出： 共模抑制比(CMRR)。如果电路板设计中在增益设置引脚 处有一个器件(例如，一个开关或跳线)，那么该器件的寄 2(10 kΩ + RREF)/(20 kΩ + RREF) 生电容应该尽可能的小。 只有正信号路径会被放大；负路径不受影响。这种不均衡 电源与接地 的放大作用会降低共模抑制比(CMRR)。 INCORRECT 使用稳定的直流电压给仪表放大器供电。电源引脚上的噪 CORRECT 声会对器件性能产生不利影响。 AD8421 REF 尽可能靠近各电源引脚放置一个0.1 μF电容。因为高频时旁 AD8421 路电容引线的长度至关重要，建议使用贴片电容。旁路接 REF V 地走线中的任何寄生电感会对旁路电容的低阻抗产生不利 V 影响。如图64所示，离该器件较远的位置可以用一个10 μF + OP1177 电容。对于在较低频率下发挥作用的较大电容，电流回路 10123-058 – 长度不是非常重要。大多数情况下，其它精密集成电路可 以共享该10 μF电容。 图62. 驱动基准引脚 输入电压范围 +VS AD8421的三运放架构在消除差动放大器级的共模电压之 0.1µF 前，在第一级调节增益。第一级与第二级间的内部节点(图 61中的节点1和2)上的信号是由增益信号、共模信号以及二 10µF +IN 极管压降三部分组成。电源电压会限制合并后的信号，即 RG VOUT AD8421 LOAD REF –IN 10至图13显示了这一限制的详细情况。 布局 0.1µF –VS 为确保AD8421在PCB板级达到最佳性能，必须精心设计电 10µF 10123-060 使在单独输入和输出信号没有被限制的时候也是如此。图 图64. 电源去耦、REF及输出以局部地为参考 路板布局。AD8421的引脚以合乎逻辑的方式进行安排，便 地平面有利于减少寄生电感，使电流发生改变时的压降 于实现这一目标。 降至最小。电流回流路径的面积与寄生电感的量级成正 –IN 1 8 +VS RG 2 7 VOUT RG 3 6 REF AD8421 地回路中的大电流变化会耦合至放大器输入端，从而产 生不利影响。 5 –VS TOP VIEW (Not to Scale) 图63. 引脚配置图 10123-059 +IN 4 比，因此与高频时的路径阻抗也成正比。去耦路径或接 负载电流由电源流入，所以负载应连接至与旁路电容相同 的接地位置。 Rev. 0 | Page 21 of 28 AD8421 基准引脚 若+VS = +5 V且−VS = −8 V，器件可以安全地承受−35 V至 AD8421的输出电压是相对于基准引脚上的电位而言的。应 +32 V的电压。 确保REF与适当的局部地连接。 AD8421的其它引脚应该保持在电源电压范围内。AD8421 输入偏置电流返回路径 的所有引脚均提供ESD保护。 AD8421的输入偏置电流必须有一个对地的返回路径。如图 输入电压超出最大额定值 65所示，使用浮动信号源(如热电偶)时，因为无电流返回 路径，所以需建立电流返回路径。 针对电压超出AD8421“绝对最大额定值”表中所列限值的应 用，则需要采用外部保护。这一外部保护取决于过压事件 INCORRECT CORRECT +VS 的持续时间以及所需要的噪声性能。 +VS 对于持续时间短的过压事件，可能仅需使用瞬变保护器， 如金属氧化物压敏电阻(MOV)。 AD8421 REF +VS REF –VS + VIN+ – I AD8421 + VIN– – +VS –VS TRANSIENT PROTECTION AD8421 AD8421 REF + VIN+ – 10M –VS THERMOCOUPLE +VS +VS REF SIMPLE CONTINUOUS PROTECTION +VS +VS RPROTECT + VIN+ – I –VS +VS AD8421 –VS + VIN– – –VS –VS LOW NOISE CONTINUOUS OPTION 2 –VS CAPACITIVELY COUPLED 10123-061 搭配二极管。为了避免降低偏置电流性能，建议使用低漏 –VS 图65. 建立输入偏置电流返回路径 流二极管，如BAV199或FJH1100。这些二极管可避免放大 器的输入端电压超过最大额定值，电阻可限制进入二极管 的电流。由于大多数的外部二极管可轻松处理100 mA或更 输入电压超出供电轨 AD8421具有非常鲁棒的输入。通常它不需要额外的输入保 护，如图66所示。 高的电流值，无需使用阻值很高的电阻，因此对噪声性能 的影响可以降至最低。 另一种方案是使用串联电阻，但这是以牺牲噪声性能为代 +VS + VIN+ – –VS VIN– – 对于持续时间较长的事件，则使用与输入串联的电阻，并 R CAPACITIVELY COUPLED + 图67. 输入电压超过绝对最大额定值的 输入保护选项 AD8421 C REF AD8421 RPROTECT LOW NOISE CONTINUOUS OPTION 1 R fHIGH-PASS = 2π1RC AD8421 + VIN– – C AD8421 I RPROTECT THERMOCOUPLE C +VS RPROTECT REF –VS I RPROTECT TRANSFORMER +VS C + VIN+ – –VS TRANSFORMER +VS RPROTECT 10123-063 AD8421 价的。在过压情况下，AD8421器件内部可对输入电流进行 I 限制。虽然AD8421的输入必须保持在“绝对最大额定值”部 AD8421 分定义的数值以内，但保护电阻上的I × R压降值提升了系 –VS MOST APPLICATIONS 统能够耐受的最大电压，如下式所示： 10123-062 + VIN+ – 对于正输入信号： VMAX_NEW = (40 V + 负电源 ) + IIN × RPROTECT 图66. 典型应用；无需输入保护 AD8421具有输入限流功能，因此输入电压与相反供电轨的 对于负输入信号： 差值可达40 V，并且任何增益下都不需要输入保护。例如， Rev. 0 | Page 22 of 28 VMIN_NEW = ( 正电源 − 40 V) − IOUT × RPROTECT AD8421 过压性能如图14、15、16和17所示。室温下，AD8421的输 为获得低噪声和足够的RFI滤波性能，建议使用芯片铁氧 入能承受至少一天的40 mA电流。这个时间在器件使用寿命 体磁珠。铁氧体磁珠可根据频率增加自身的阻抗，从而阻 内累计。若预期会有持续时间较长的过压事件，则建议采 止RF干扰进入放大器，使目标信号不受影响。它们还可避 取外部保护措施。极端输入条件下，放大器输出可能会发 免在滤波器中使用大数值电阻，从而降低系统折合到输入 生反转。 的噪声。根据干扰频率、输入引线长度和RF功率的函数计 算结果，选择合适的铁氧体磁珠和电容值。 射频干扰(RFI) 在有强RF信号的应用中使用放大器时，一般都存在RF整流 为获得最佳结果，应将RFI滤波器网络尽量靠近放大器放 问题。若需使用较长的引线或PCB布线连接放大器与信号 置。良好的布局布线很关键，可确保滤波器之后的走线上 源，则可能加剧这一问题。这种干扰可能会表现为直流失 不存在射频信号。 若存在太多射频干扰以至于无法有效过 调电压或一系列脉冲。 滤，则建议使用屏蔽。 高频信号可以通过仪表放大器输入端的低通滤波器网络滤 RFI滤波器与输入保护可以采用相同的电阻。 除，如图68所示。 输入级的噪声计算 放大器前端的总噪声很大程度上取决于数据手册中的3.2 nV/√Hz技术规格。产生噪声的三个主要因素是：源阻抗、 仪表放大器的电压噪声和仪表放大器的电流噪声。 下列计算中，噪声指的是输入(RTI)噪声。也就是说，全部 噪声源都作为出现在放大器输入端的源进行计算。要算出 放大器输出端(RTO)噪声，只需用RTI噪声乘以仪表放大器 的增益即可。 源阻抗噪声 连接至AD8421的任意传感器都会有一定的输出电阻。输入 端可能有串联电阻，以提供过压或射频干扰保护。图69 图68. 射频干扰(RFI)抑制 中，组合电阻标记为R1和R2。任意电阻，不论优质与否， 需权衡考量噪声、高频输入阻抗、共模抑制比(CMRR)、 都会存在固有噪声。噪声与电阻值的平方根成比例。室温 信号带宽和RFI抗扰度，选择合适的电阻和电容值。RC网 下，该值约等于4 nV/√Hz × √(电阻值，kΩ)。 络会限制差分和共模带宽，如以下公式所示： SENSOR 滤波器频率 DIFF R1 RG AD8421 其中CD ≥ 10 CC。 R2 CD影响差分信号，CC影响共模信号。正输入端R × CC与负输 入端R × CC的不匹配会降低AD8421的共模抑制比(CMRR)。 使CD的值比CC大一个数量级，可以降低不匹配的影响，从 10123-065 滤波器频率 CM 图69.传感器源阻抗和保护电阻 例如，假设正输入端的传感器和保护组合电阻为4 kΩ，负 输入端为1kΩ，则输入电阻的总噪声为： 而在截止频率附近改善共模抑制比(CMRR)的性能。 Rev. 0 | Page 23 of 28 AD8421 仪表放大器的电压噪声 例如，图69中，R1源阻抗为4kΩ，R2为1 kΩ，那么，总电流 仪表放大器的电压噪声由三个参数求得：器件输出噪声、 噪声由下式得出： 输入噪声和RG电阻噪声。其计算公式为： 总电压噪声 = 总噪声密度计算 仪表放大器输入端的总噪声，由源阻抗噪声、电压噪声和 例如：增益为100，增益电阻=100 Ω。因此，仪表放大器的 电流噪声的平方和再取平方根得出。 电压噪声等于 例如，图69中，R1源阻抗为4 kΩ，R2为1 kΩ，仪表放大器 的增益为100，那么，总输入噪声为： 仪表放大器的电流噪声 源阻抗将电流噪声转换为一个电压。电流噪声的影响可 以通过将特定的仪表放大器电流噪声乘以源阻抗值计算 得到。 Rev. 0 | Page 24 of 28 AD8421 应用信息 差分输出配置 虽然运算放大器的直流性能和电阻匹配会影响直流共模输 图70是显示如何配置AD8421实现差分输出的一个实例。 出精度，但是这样的误差可能会被信号链路上的下一个器 件抑制，因此它对整个系统精度的影响很小。 +IN AD8421 由于该电路易受稳定性影响，可使用一个电容以限制有 +OUT 效运算放大器带宽。如果放大器工作稳定，则无需连接 10kΩ REF 12pF 10kΩ 该电容。 VBIAS 任何放大器的开环增益和相位都会随着过程和温度的不同 + – OP AMP 而改变。阻性或容性负载还可能引起额外的相位延迟。为 –OUT 保证稳定性，图70中的电容值取值，可以使用示例电路， 10123-066 –IN 对输出动态范围处于极值时的小信号脉冲响应进行评估而 决定。 图70. 使用运算放大器实现差分输出配置 差分输出电压由如下公式设置： 环境温度也应在预期范围内变动，以评估温度对稳定性的 VDIFF_OUT = V+OUT − V−OUT = 增益 × (V+IN − V−IN) 影响。哪怕经过电路的调节后，+OUT端的电压可能依然 存在一些过冲，这是因为AD8421输出放大器响应速度快于 共模输出由如下公式设置： 运算放大器。从12 pF电容着手会比较好。 VCM_OUT = (V+OUT + V−OUT)/2 = VBIAS 这个电路的好处是直流差分精度取决于AD8421而不是运算 为获得最佳的大信号交流性能，可以使用高压摆率的运算 放大器或者电阻。此外，这个电路利用了AD8421对其基准 放大器，以匹配AD8421的35 V/μs性能。高带宽并非特别重 电压相关的输出电压的精确控制。 要，因为系统带宽受RC反馈的限制。一些比较合适的运算 放大器有：AD8610、ADA4627-1、AD8510和ADA4898-1。 Rev. 0 | Page 25 of 28 AD8421 驱动ADC 频率，使得当采样满量程信号时，其建立时间为½ LSB。 AD8421具有AB类输出级、低噪声和失真、以及高带宽和 更多考虑因素，请参考所用ADC的数据手册。 压摆率等特点，是要求前端增益、高共模抑制比(CMRR) 在增益为10的配置中，AD8421具有大致为8 nV/√Hz的电压 和直流精度的数据采集系统中，驱动ADC的极佳选择。图 噪声RTI(参见“输入级噪声计算”部分)。前端增益使系统对 71显示增益配置为10时的AD8421驱动AD7685；AD7685是 输入信号的灵敏度提升了10倍，而信噪比(SNR)仅下降 一款16位、250 kSPS伪差分SAR ADC。图中，位于AD8421 7.5 dB。ADR435的高电流输出和负载调整率允许直接采用 和AD7685之间的RC低通滤波器同时起到几个作用。它将 基准电压源对AD7685供电，无需另外提供模拟供电轨。基 放大器输出与ADC的动态输入隔离，降低了放大器的噪声 准引脚缓冲器可以使用宽带噪声低于25 nV/√Hz的任意低功 带宽，并为AD7685模拟输入提供过载保护。滤波器截止频 耗、单位增益稳定的直流精密运算放大器，如OP1177。图 率可凭经验确定。若要获得最佳交流性能，则在最大输入 71未显示全部去耦。注意放大器和ADR435都需要遵循去 信号频率时，应保证阻抗幅度大于1 kΩ，并设置滤波器截止 +12V ADR435 +5V 10Ω 0.1µF ±250mV 耦指南。 +12V 10kΩ +IN G = 10 REF 100Ω AD8421 1.1kΩ 1µF 2.5V 10kΩ REF VDD IN+ 3nF AD7685 –IN –12V IN– VIO SDI SCK 3- OR 4-WIRE INTERFACE SDO CNV GND 2.5V 10123-070 10µF 5kΩ 如71. AD8421驱动ADC 0 SNR 81.12dB THD –100.91dB SFDR 90.71dB –40 –60 –80 –100 –120 –140 –160 0 25 50 75 100 FREQUENCY (kHz) 图72. AD8421 (G = 10)驱动AD7685 的典型频谱 Rev. 0 | Page 26 of 28 125 10123-071 AMPLITUDE (dB OF FULL SCALE) –20 AD8421 外形尺寸 5.00 (0.1968) 4.80 (0.1890) 8 4.00 (0.1574) 3.80 (0.1497) 5 1 4 1.27 (0.0500) BSC 0.25 (0.0098) 0.10 (0.0040) 6.20 (0.2441) 5.80 (0.2284) 1.75 (0.0688) 1.35 (0.0532) 0.51 (0.0201) 0.31 (0.0122) COPLANARITY 0.10 SEATING PLANE 0.50 (0.0196) 0.25 (0.0099) 45° 8° 0° 0.25 (0.0098) 0.17 (0.0067) 1.27 (0.0500) 0.40 (0.0157) 012407-A COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MS-012-AA CONTROLLING DIMENSIONS ARE IN MILLIMETERS; INCH DIMENSIONS (IN PARENTHESES) ARE ROUNDED-OFF MILLIMETER EQUIVALENTS FOR REFERENCE ONLY AND ARE NOT APPROPRIATE FOR USE IN DESIGN. 图73. 8引脚标准小型封装[SOIC_N] 窄体 (R-8) 图示尺寸单位：mm和(inch) 3.20 3.00 2.80 8 3.20 3.00 2.80 1 5.15 4.90 4.65 5 4 PIN 1 IDENTIFIER 0.65 BSC 0.95 0.85 0.75 15° MAX 1.10 MAX 0.40 0.25 6° 0° 0.23 0.09 COMPLIANT TO JEDEC STANDARDS MO-187-AA 0.80 0.55 0.40 10-07-2009-B 0.15 0.05 COPLANARITY 0.10 图74. 8引脚超小型MSOP封装 (RM-8) 图示尺寸单位：mm 订购指南 型号1 AD8421ARZ AD8421ARZ-R7 AD8421ARZ-RL AD8421BRZ AD8421BRZ-R7 AD8421BRZ-RL AD8421ARMZ AD8421ARMZ-R7 AD8421ARMZ-RL AD8421BRMZ AD8421BRMZ-R7 AD8421BRMZ-RL 1 温度范围 −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C −40°C至+85°C 封装描述 8引脚 SOIC_N、标准级 8引脚 SOIC_N、标准级、7”卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N、标准级、13”卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N、高性能级 8引脚 SOIC_N、高性能级、7”卷带和卷盘 8引脚 SOIC_N、高性能级、13”卷带和卷盘 8引脚 MSOP、标准级 8引脚 MSOP、标准级、7”卷带和卷盘 8引脚 MSOP、标准级、13”卷带和卷盘 8引脚 MSOP、高性能级 8引脚 MSOP、高性能级、7”卷带和卷盘 8引脚 MSOP、高性能级、13”卷带和卷盘 Z = 符合RoHS标准的器件。 Rev. 0 | Page 27 of 28 封装选项 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 R-8 RM-8 RM-8 RM-8 RM-8 RM-8 RM-8 标识 Y49 Y49 Y49 Y4A Y4A Y4A AD8421 注释 ©2012 Analog Devices, Inc. All rights reserved. Trademarks and registered trademarks are the property of their respective owners. D10123sc -0-5/12(0) Rev. 0 | Page 28 of 28